斜拉桥结构及斜拉桥施工方法
【专利摘要】本发明提供了一种斜拉桥结构及斜拉桥施工方法。该斜拉桥结构包括：承台；建造于承台上的索塔；索塔两侧的梁段构成的斜拉桥主梁悬臂；以及拉设于斜拉桥主梁悬臂两侧的预设梁段与承台之间的抗风索。本发明中，抗风索的存在提供了额外的弹性支承及更直接的传力途径，减小了结构的悬臂长度，提高了颤振稳定性。
【专利说明】斜拉桥结构及斜拉桥施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程行业桥梁建设【技术领域】，尤其涉及一种斜拉桥结构及斜拉桥施工方法。
【背景技术】
[0002]我国自1975年建成第一座试验性斜拉桥一四川云阳桥以来，经过近40年的发展，已成为世界上拥有斜拉桥数量最多的国家。我国几乎所有的斜拉桥在梁体施工过程中均采用悬臂施工法，即首先施工索塔处梁段，再两侧逐节对称悬臂施工后续梁段。在悬臂合拢之前，悬臂向上由斜拉索产生约束，向下则没有约束。随着悬臂长度的增加，施工荷载、风荷载等的效应相应增加，结构的稳定性下降，风险增加。在遭遇强台风时，悬臂末端的梁段会发生强烈震颤，震颤幅度有时会达到2?3米，会严重破坏桥梁结构。
[0003]为解决这一问题，传统的施工工艺中，一般采用设置临时墩的方式，减小最大双悬臂长度。然而，临时墩的构造一般采用钢管桩+钢管框架结构，使用后予以拆除。临时墩需要大量的工程材料及现场作业，尤其在深水、海洋环境中，其造价往往在千万元以上。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种斜拉桥结构及斜拉桥施工方法，以采用较低成本降低悬臂施工法引发结构稳定性降低的风险。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种斜拉桥结构。该斜拉桥结构包括:承台4 ;建造于承台4上的索塔5 ;索塔5两侧的梁段构成的斜拉桥主梁悬臂6 ;以及拉设于斜拉桥主梁悬臂6两侧的预设梁段与承台4之间的抗风索I。
[0008]优选地，本发明斜拉桥结构中，承台4上固定有下销座；斜拉桥主梁悬臂6的预设梁段的下方固定有上销座；抗风索I拉设于下销座和上销座之间。
[0009]优选地，本发明斜拉桥结构中，抗风索I在上销座和下销座之间预先拉紧，张拉应力介于400MPa至700MPa之间。
[0010]优选地，本发明斜拉桥结构中，上销座固定于斜拉桥主梁悬臂6的预设梁段的下方，纵向腹板和横隔板交点的位置；销子穿过上销座固定连接于抗风索的上锚固端2。
[0011]优选地，本发明斜拉桥结构中，上锚座的位置介于斜拉桥主梁悬臂6最长长度的2/5至4/5之间。
[0012]优选地，本发明斜拉桥结构中，斜拉桥主梁悬臂6为钢结构，上销座采用焊接或栓接的方式设置；或斜拉桥主梁悬臂6为混凝土结构，上销座采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
[0013]优选地，本发明斜拉桥结构中，承台4为混凝土结构承台，下销座采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
[0014]优选地，本发明斜拉桥结构中，抗风索I与索塔5的中心线所成的角度介于30°至80°之间。
[0015]优选地，本发明斜拉桥结构中，抗风索I为柔性索，其是由钢丝或钢绞线组成的索式结构。
[0016]优选地，本发明斜拉桥结构中，抗风索I的抗拉强度大于lOOOMPa。
[0017]根据本发明的另一方面，还提供了一种斜拉桥施工方法。该斜拉桥施工方法包括:步骤A:建造承台4及索塔5，在承台上设置下销座；步骤B:在索塔5的两侧逐节对称施工各梁段，构成斜拉桥主梁悬臂6 ;步骤C:在斜拉桥主梁悬臂6两侧的预设梁段的下方分别设置上销座；以及步骤D:在上销座和下销座之间拉设抗风索I ;
[0018]优选地，本发明斜拉桥施工方法中，步骤D之后还包括:步骤E:斜拉桥主梁悬臂6边跨合找后，拆除抗风索I。
[0019](三)有益效果
[0020]本发明中采用抗风索对尚未合拢的斜拉桥主梁悬臂产生向下的约束力，减小了悬臂的长度，提高了颤振稳定性，具有结构简单、成本低廉等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为根据本发明实施例斜拉桥结构的示意图；
[0022]图2为根据本发明实施例斜拉桥施工方法的流程图。
[0023]【主要元件】
[0024]1-抗风索； 2-上锚固端； 3-下锚固端；
[0025]4-承台；5-索塔；6-斜拉桥主梁悬臂；
[0026]7_斜拉索； 8_桥面吊机。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0028]本发明提供一种使用抗风索的斜拉桥结构及斜拉桥施工方法。在斜拉桥施工过程中，抗风索对尚未合拢的斜拉桥主梁悬臂产生向下的约束力，其与斜拉索产生的向上的约束力共同作用，可以缓解因意外工况而产生的斜拉桥主梁悬臂末端梁段震颤的问题。
[0029]在本发明的第一个实施例中，提供了一种施工阶段的斜拉桥结构。图1为根据本发明实施例斜拉桥结构的示意图。如图1所示，该斜拉桥结构包括:承台4 ;建造于承台4上的索塔5 ;索塔5两侧的梁段构成的斜拉桥主梁悬臂6 ；以及拉设于斜拉桥主梁悬臂6两侧的预设梁段与承台4之间的抗风索I。
[0030]本实施例中，抗风索I为柔性索，其是由钢丝或钢绞线组成的索式结构。一般情况下，抗风索的抗拉强度应大于lOOOMPa，具体型号根据建设、施工条件确定。本实施例中抗风索的型号为PES7-151，其抗拉强度为1860MPa。
[0031]请参照图1，在斜拉桥主梁悬臂6的预设梁段的下方，纵向腹板和横隔板交点的位置，固定有上销座。销子穿过该上销座固定连接于抗风索的上锚固端2。其中，梁段内部构造应足以承担抗风索I的索力。
[0032]本实施例中，上销座的位置位于斜拉桥主梁悬臂6的最长长度(即临近合拢时的长度)一半的位置。例如，在斜拉桥的一侧为桥墩的情况下，该上锚座的位置位于斜拉桥索塔与桥墩位置长度的一半的位置。但本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，该上锚座的位置可以介于斜拉桥主梁悬臂6的最长长度的2/5至4/5之间。
[0033]需要说明的是，上销座的构造应根据斜拉桥的建筑材料和具体构造而定，譬如:对于钢材料的梁段，同样采用钢结构的上销座，并采用焊接或栓接方式设置在预设梁段上；对于混凝土材料的梁段，上销座可以采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
[0034]请参照图1，承台4的上部固定有下销座。销子穿过该下销座固定连接于抗风索的下锚固端3。
[0035]上锚固端2和下锚固端3之间的防风索预先拉紧，保证抗风索的索力顺利传至承台4。一般情况下，抗风索I的张拉应力控制在400MPa至700MPa之间。
[0036]本实施例中，抗风索I与索塔5的中心线所成的角度为60°，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，抗风索与索塔中心线所成的角度可以介于30°至80°之间。
[0037]承台4为混凝土结构承台。所述下销座采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
[0038]需要注意的是，抗风索的位置应考虑施工机具的影响，如抗风索应避开桥面吊机8、支架等等。此外，抗风索的张拉对斜拉索、主梁的内力均有影响，采用本实施例斜拉桥结构的索力规律可能有别于常规斜拉桥，需要结合实际工况综合考虑。
[0039]在此说明所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的工件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且工件的配置可能更为复杂。
[0040]在本发明的另一个实施例中，还提供了一种斜拉桥施工方法。
[0041]在正式施工开始之前，需要对斜拉桥的抗风索部分进行设计，该设计包括体系构造、施工工艺、设计计算分析等等。
[0042]图2为根据本发明实施例斜拉桥施工方法的流程图。请参照图1和图2，本实施例斜拉桥施工方法包括:
[0043]步骤A:建造承台4及索塔5，在承台上设置下销座；
[0044]步骤B:在索塔两侧逐节对称施工各梁段，并将各梁段通过斜拉索7锚固于索塔5的上部，形成斜拉桥主梁悬臂6 ；
[0045]步骤C:在斜拉桥主梁悬臂6的一预设梁段的下方设置上销座；
[0046]步骤D:在下销座和上销座之间拉设抗风索1，该抗风索，其应当在上销座和下销座之间预先拉紧。张拉应力一般控制在400MPa至700MPa之间。
[0047]步骤E:继续施工后续梁段，并将该后续梁段通过斜拉索7锚固于索塔5的上部，直至斜拉桥主梁悬臂6边跨合拢后，拆除抗风索I ;
[0048]在后续施工过程中，可以根据实际情况多次调整抗风索的索力。
[0049]需要说明的是，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列且可根据所需设计而变化或重新安排，例如:关于抗风索I的安装与拆除的时机，可以根据实际工况进行调整。
[0050]上述两实施例中，抗风索的存在提供了额外的弹性支承及更直接的传力途径，减小了结构的悬臂长度，提高了颤振稳定性。在施工遇到意外情况，例如强台风时，由斜拉索对斜拉桥主梁悬臂产生向上的约束，由抗风索对斜拉桥主梁悬臂产生向下的约束，从而对悬臂的震颤产生抑制作用，而保护了已施工的各梁段的结构不受破坏。最重要的是，采用本实施例的方案造价约为100万元左右，与传统的临时墩方案相比，本专利可节约90%以上的造价。
[0051]需要说明的是，在上述两实施例中，抗风索均作为临时设施，在斜拉桥施工完毕后予以拆除。这主要是考虑到斜拉桥下方通航的需要。本领域技术人员可以理解，在不考虑通航和其他因素的条件下，该抗风索也可以继续保留，从而为斜拉桥的安全提供另外一重保障。
[0052]至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明施工阶段的斜拉桥结构及斜拉桥施工方法有了清楚的认识。
[0053]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如:上销座和下销座还可以采用除上文已提到之外的其他方式设置；抗风索的张拉应力可以根据需要进行调整等坐寸ο
[0054]综上所述，本发明提供一种采用抗风索的斜拉桥结构，克服了在施工阶段遭遇意外工况时悬臂梁震颤问题，符合经济环保的原则，大大降低了施工成本。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种斜拉桥结构，其特征在于，包括: 承台⑷； 建造于所述承台⑷上的索塔(5)； 所述索塔(5)两侧的梁段构成的斜拉桥主梁悬臂(6);以及 拉设于所述斜拉桥主梁悬臂(6)两侧的预设梁段与所述承台(4)之间的抗风索(I)。
2.根据权利要求1所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述承台(4)上固定有下销座；所述斜拉桥主梁悬臂(6)的预设梁段的下方固定有上销座；所述抗风索(I)拉设于所述下销座和上销座之间。
3.根据权利要求2所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述抗风索(I)在所述上销座和下销座之间预先拉紧，张拉应力介于400MPa至700MPa之间。
4.根据权利要求2所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述上销座固定于所述斜拉桥主梁悬臂(6)的预设梁段的下方，纵向腹板和横隔板交点的位置；销子穿过所述上销座固定连接于所述抗风索的上锚固端(2)。
5.根据权利要求2所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述上锚座的位置介于所述斜拉桥主梁悬臂(6)最长长度的2/5至4/5之间。
6.根据权利要求2所述的斜拉桥结构，其特征在于: 所述斜拉桥主梁悬臂(6)为钢结构，所述上销座采用焊接或栓接的方式设置；或所述斜拉桥主梁悬臂(6)为混凝土结构，所述上销座采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
7.根据权利要求2所述的斜拉桥结构，其特征在于: 所述承台(4)为混凝土结构承台，所述下销座采用连体浇筑或在浇筑过程中埋设钢结构预埋件的方式设置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述抗风索(I)与所述索塔(5)的中心线所成的角度介于30°至80°之间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述抗风索(I)为柔性索，其是由钢丝或钢绞线组成的索式结构。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的斜拉桥结构，其特征在于，所述抗风索(I)的抗拉强度大于lOOOMPa。
11.一种斜拉桥施工方法,其特征在于,包括: 步骤A:建造承台(4)及索塔(5)，在承台上设置下销座； 步骤B:在所述索塔(5)的两侧逐节对称施工各梁段，构成斜拉桥主梁悬臂(6)； 步骤C:在斜拉桥主梁悬臂(6)两侧的预设梁段的下方分别设置上销座；以及 步骤D:在所述上销座和下销座之间拉设抗风索(I)。
12.根据权利要求11所述的斜拉桥施工方法，其特征在于，所述步骤D之后还包括: 步骤E:所述斜拉桥主梁悬臂(6)边跨合拢后，拆除所述抗风索(I)。
【文档编号】E01D11/04GK104452573SQ201410769368
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】孟凡超, 刘明虎, 李国亮, 吴伟胜, 张革军, 张梁, 于高志 申请人:中交公路规划设计院有限公司